光生物调节在放射治疗后口腔并发症防治中的应用进展

    头颈癌（head and neck cancer，HNC） 是全球第七大常见的恶性肿瘤。放射治疗作为HNC最主要的治疗方式之一，在损伤肿瘤细胞的同时对周围正常组织也会造成一定程度的辐射，进而导致一些放射治疗相关口腔并发症的出现，如：放射性口腔黏膜炎（radiotherapy-induced oral mucositis，RTOM）、口干症、吞咽困难和放射性颌骨坏死（osteoradionecrosis of jaw，ORNJ） 等。
    这些并发症不仅会给患者带来巨大的痛苦，降低其生活质量，更有严重者会扰乱最佳的癌症治疗计划。目前， 虽然可以通过调强放射治疗（intensity modulated radio therapy，IMRT） 减少放射治疗过程中对正常组织的照射剂量，或使用口内支架保护邻近的组织，但这种伤害仍无法完全避免。
    针对这些口腔并发症，目前尚缺乏公认、有效的防治方案，治疗方式主要是对症治疗。光生物调节（photo biomodulation，PBM），过去称为低能量激光治疗（low-level laser therapy，LLLT），是指用低功率强度的光照射，使疗效的产生是因为对光的反应而不是因为热效应。
    在2014年9月，世界激光治疗协会（World Association for Laser Therapy，WALT） 和北美光疗法协会（North American Association for Photo biomodulation，NAALT） 推荐将PBM作为该治疗方法的首选命名。近年来，PBM作为一种非侵入性、低成本的，具有消炎、镇痛作用的治疗方式，已吸引越来越多的临床医生和研究者的关注。本文就PBM的作用机制，以及PBM应用于放射治疗后口腔并发症防治的新进展进行综述，以期为放射治疗后口腔并发症防治新策略的研究提供参考。
    1. PBM 的作用机制
    PBM是利用可见光、红外光和近红外光被内源性发色团吸收后，通过光化学或光物理事件触发非热或非细胞毒性的生物反应，进而引起一系列有益的生理效应，主要包括：1） 消炎、镇痛和消肿；2） 提高组织氧合和营养；3） 促进组织愈合，提高组织再生率；4） 增加腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP） 合成；5） 增加微循环。其作用机制主要是将治疗剂量的光应用于受损或功能失调的组织后产生线粒体介导的细胞反应。目前公认的PBM在放射治疗后口腔并发症中发挥作用的生理效应主要包括消炎、镇痛及促进组织愈合。
    1.1 消炎
    当细胞长时间处于缺氧或其他应激状态时，活性氧（reactive oxygen species，ROS） 的水平会超过机体的防御机制，引起细胞损伤。同时线粒体产生一氧化氮（nitric oxide，NO） 与细胞色素C氧化酶（cytochrome C oxidase，CcO） 结合并置换出氧气。这种结合会导致细胞呼吸抑制、ATP产生减少和氧化应激增加，进而激活包括核因子κB（nuclear transcription factor kappaB，NF-κB） 在内的几种转录因子生成的信号通路诱导肿瘤坏死因子-α （tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素-1（interleukin-1，IL-1）、IL-6、环氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）和前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE-2） 等多种炎症介质产生，对机体造成损伤。
    而PBM以适当参数作用于应激细胞时可使NO从其与CcO的竞争性结合中解离，从而逆转由于过度NO结合而导致的细胞呼吸抑制，使ATP 产生增加，抑制氧化应激，进而减轻辐射诱导的炎症。
    1.2 镇痛
    疼痛是一种由于伤害性刺激引起的情绪反应、行为反应以及生理功能障碍。研究显示：当PBM以相对较高的功率密度（>300 mW·cm-2 ） 作用于伤害感受器时，对A和C神经元疼痛纤维会产生抑制作用，从而减慢神经传导速度，降低复合动作电位的幅度，并抑制神经源性炎症。PBM还通过改变与缓解疼痛相关的神经递质（如血清素、内啡肽） 的释放来产生镇痛作用。
    1.3 促进组织愈合
    研究显示：PBM可通过促进NO解离和诱导生长因子释放等途径作用于损伤修复的不同阶段（包括炎症、增殖和重塑阶段） 来加快伤口愈合和组织再生。PBM作用后从CcO解离的NO是一种有效的血管扩张剂，不仅可以增加激光照射组织的血液供应和氧合，还允许更多的免疫细胞运输到损伤部位。
    生长因子可介导上皮和结缔组织之间的信号传递，在伤口愈合过程中发挥关键作用。例如，碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF） 可加速肉芽组织的生成并诱导上皮再形成；角质细胞生长因子（keratinocyte growth factor，KGF） 促进上皮细胞的增殖和迁移，维持上皮的正常结构。
    多项研究发现：PBM可通过诱导bFGF和KGF的释放进而促进组织愈合。此外，PBM还可能通过促进角质形成细胞及成纤维细胞增殖，改善Ⅰ型胶原蛋白和血管内皮生长因子（vascular endothlial growth fac- tor，VEGF） 表达加速伤口愈合。
    2.光生物调节在放射治疗相关口腔疾病中的应用
    2.1 RTOM
    RTOM是放射治疗的急性反应之一，在有关研究中，80%以上接受HNC放射治疗的患者会出现RTOM症状。黏膜炎的症状还会随着辐射剂量递增而加重，当累积剂量达到20~30 Gy 时表现为口腔黏膜斑块状反应，并在接近放射治疗结束时进展为溃疡和假膜。常给患者带来明显的疼痛、进食和吞咽困难，进而不得不寻求营养支持治疗，导致医疗成本增加，严重者甚至中断抗癌治疗。
    现有的关于口腔黏膜炎的防治方法主要包括：口腔冷冻疗法、重组人角质形成细胞生长因子-1、苄达明漱口水、黏膜保护剂、阿片类药物等。在跨国癌症支持治疗协会和国际口腔肿瘤学会（Multinational Association of Supportive Care in Cancer/International Society of Oral Oncology，MASCC/ISOO） 关于治疗癌症相关黏膜炎的临床实践指南中提出，PBM可以防治特定患者群体的口腔黏膜炎。几项关于PBM对RTOM防治作用的随机对照临床试验研究发现：PBM组的黏膜炎的发病率、严重程度和疼痛都明显低于仅接受假激光照射的对照组。
    Antunes等纳入了94名计划接受放射治疗的患者，通过随机对照临床试验研究在每天放射治疗前对患者应用铟稼铝磷（Indium-Gallium-Aluminium-Phosphorus，InGaAlP） 二极管激光进行干预对RTOM的预防作用。结果显示：PBM组3~4级RTOM发生率（6.4%） 较对照组（40.5%）降低了6倍，并且PBM组受试者对阿片类镇痛药及胃肠外营养的需求显著减少。有少数学者认为：长期PBM可能具有致癌作用，但现有的临床试验尚未找到可靠证据。此外，一项中位随访时间为9.3年的回顾性研究也显示：RTOM患者应用PBM治疗后，癌症复发率较对照组并没有增加。
    Antunes等在8年期间跟踪随访了94名参与了PBM防治RTOM研究的HNC患者，结果发现：PBM组的无病、无进展生存期均高于对照组。这是一项表明PBM可以提高接受放射治疗的HNC患者生存率的研究，但仍需要更大样本的研究来证实这个结论。
    2.2 口干症
    口干症是HNC患者放射治疗后另一个常见的并发症。唾液腺在接受辐射后会以剂量依赖性的方式出现腺体功能障碍直至腺体细胞凋亡。尽管IMRT技术能够保留更多的唾液腺腺体，但很大一部分患者仍然会出现口干。毛果芸香碱、味觉或咀嚼兴奋剂和唾液替代品被应用于口干症的治疗，但在临床应用中存在一定的局限性。
    毛果芸香碱促进唾液分泌的作用仅在给药期间有效，并且长期应用会导致包括支气管痉挛、心动过缓在内的不良反应。味觉或咀嚼兴奋剂、唾液替代品均属于对症治疗措施，效果不能持久。因此，研发新的治疗放射治疗后口干症的新药物、新方法具有重要意义。近年来，有多项研究对PBM应用于放射治疗后口干症治疗的效果进行评估。
    Gonnelli等共纳入了23名计划接受常规3D放射治疗的HNC患者，所有患者的照射野都涵盖了主要唾液腺，总剂量范围为66~70 Gy。在治疗30 d后，PBM组患者受刺激和未受刺激的平均唾液流速均显著高于仅接受临床护理的患者。
    Palma等对29名放射治疗后出现口干症的患者进行了1周2次、持续3个月的PBM治疗。通过对比基线和治疗后的唾液流速及pH值，发现PBM可提高唾液酸碱度，有效减轻放射治疗患者的唾液功能减退。
    综上所述，现有研究显示：PBM处理可以显著提高唾液分泌量和酸碱度，且唾液腺腺体对相同数量的激光能量的反应随时间线性增加，这提示PBM对唾液腺的影响不仅是刺激性的，在一定程度上很可能是再生性的。但也有研究显示：HNC患者在PBM治疗后唾液分泌不足的问题并没有得到明显改善，推测可能是唾液腺出现了不可逆的腺泡萎缩和纤维化。因此，对于PBM治疗口干症的时机、参数都有待进一步的研究。关于PBM治疗口干症的效果也需要设计良好的大样本随机对照临床试验进行证实。
    2.3 ORNJ
    ORNJ是指高剂量辐射后导致的颌骨感染、坏死过程，通常持续3个月或更长时间。临床上表现为明显的疼痛和颌骨暴露，可伴有溢脓和瘘管形成，严重者甚至会形成面颊部洞穿型缺损，给患者的生理和心理带来巨大的影响。ORNJ目前尚无法治愈，只能进行临床控制治疗，如死骨摘除、抗生素治疗、超声治疗、高压氧治疗等。有学者认为：具有增加细胞增殖、代谢能力，促进血管生成和伤口愈合的PBM可以作为ORNJ 治疗的合适方法。
    近年来，已有较多研究显示PBM可用于治疗药物相关的颌骨坏死。但针对放射性颌骨坏死的研究却相对较少。一项评估PBM对接受伽马射线照射后的大鼠下颌骨影响的研究显示：对照组大鼠骨小梁及胶原纤维少且排列不规则，骨髓腔间隙增大；而在接受激光照射的小组里则发现了规则、厚且连续的骨小梁及正常大小的骨髓腔隙。这提示PBM可能减轻了牙槽骨中与辐射相关的损伤。
    Ribeiro 等将PBM和抗菌光动力疗法（antibacterial photo dynamic therapy，aPDT） 联合用于20名出现ORNJ的患者的治疗，结果发现：所有患者临床症状均有不同程度的改善，80%的患者病变区裸露的颌骨由完整的口腔黏膜覆盖，PBM和aPDT作为治疗ORNJ的辅助疗法显示出了积极的效果。
    在后续发表的一些病例报告性文章中，研究者对ORNJ患者应用上述联合治疗方式后，颌骨的坏死、化脓、感染消失，并且在后期随访的影像学检查中可以看到颌骨病变区域明显减小。目前支持该观点的证据多为临床经验、描述性研究和少数小样本的病例—对照研究。PBM作用于ORNJ的机制也仍需体外和动物研究作进一步的探索。
    2.4 吞咽困难
    吞咽困难在接受放射治疗或放射和化学治疗的HNC患者中很常见。吞咽困难发病机制复杂，涉及急性炎症、水肿和纤维化。常见的原因很多，主要由以下几个方面组成：1） 吞咽/吸入相关结构（dysphagia related structures，DARS） 在放射治疗期间接受辐射后出现纤维化，导致弹性丧失，进而出现慢性吞咽困难；2） 咽喉部黏膜炎时的明显疼痛，或因严重黏膜炎不得不接受长期胃肠外营养而导致的吞咽相关肌肉萎缩，这些都会导致吞咽困难；3） 唾液分泌不足也是一个重要原因。
    PBM可以预防或缓解黏膜炎的炎症或疼痛，同时又能促进唾液分泌；且PBM有利于维持氧化与抗氧化之间的平衡、转化生长因子-β （transforming growth factor beta，TGF-β） 的下调和成纤维细胞过度增殖的抑制，可介导纤维化的减少。以上表明PBM是一种潜在的防治吞咽困难的方法。目前也已有PBM治疗放射治疗后吞咽困难的报道。
    El Mobadder等将PBM用于乳腺癌激素治疗引起的吞咽困难，结果发现：5次PBM治疗后，患者Ⅱ期吞咽困难完全治愈。一个由癌症和PBM临床应用领域的研究人员所组成的国际多学科小组提出了PBM用于吞咽困难的防治方案，旨在作为后续研究的临床指导。但现有证据不足以支持PBM是一种有效的治疗吞咽困难的方式，其在放射治疗后吞咽困难预防中的作用也尚不明确。
    2.5 其他
    猖獗龋（rampant caries，RC） 又称放射性龋，也是头颈癌患者常见的放射治疗并发症之一。RC病变进展迅速，表现为多数牙齿的釉质出现广泛破坏，导致牙齿表面形成凹坑状结构，下层牙本质暴露。龋损可累及牙齿的舌面，切缘和牙尖等非典型部位；且病变发生于牙颈部时易形成环状龋，进一步发展成残冠，甚至残根直至无法保留。但由于放射治疗对骨组织的影响，拔牙会增加癌症患者出现ORNJ的风险。因此，对RC的预防和早期治疗值得口腔医生重点关注。
    RC的病因主要包括如下2个方面：1） 放射治疗后唾液分泌减少，唾液成分改变、黏度增加、缓冲能力降低等导致唾液对牙齿的间接保护作用丧失；2） 辐射对牙体硬组织尤其釉牙本质界的直接破坏作用。
    目前，针对RC的预防和治疗主要包括毛果芸香碱、人工唾液制剂、局部涂氟、再矿化漱口液及充填修复等。研究显示：二氧化碳（carbon dioxide，CO2） 激光照射能增强釉质的抗龋性，钕激光和铒激光可用于去除龋坏组织，且较传统涡轮机窝洞预备具有热损伤小、不产生玷污层等优势。
    Rechmann等发现：与对照组相比，9.3 μm短脉冲CO2激光照射组牙齿平均相对矿物质损失减少大于50%。应用掺钕钇铝石榴石（Neodymium-Yttrium-Aluminium Garnet，Nd: YAG） 激光进行硬组织处理时，髓腔温度升高小于能够引起牙髓不可逆损伤的5.5 ℃；同时，还避免了玷污层的产生，减少了树脂与牙体组织间的微渗漏，提高了剪切粘接强度。
铒激光是一种波长为2 940 nm的固体脉冲激光，该波长位于水的最高吸收峰值。龋坏组织较健康牙体组织含水量高，因此，铒激光照射牙体组织时可使龋坏组织先发生爆破崩解，达到选择性去腐的效果，从而最大限度地保留健康的牙体组织，实现精确、微创窝洞预备的目的。
    尽管目前尚无激光应用于RC防治的研究，但鉴于RC与一般龋坏的本质均为细菌引起的牙体硬组织脱矿，因此，笔者推测激光在RC的预防和龋齿窝洞预备中同样具有良好的应用前景。但在龋齿治疗时往往需要高能量的激光才能达到理想的窝洞预备效果，而PBM可能通过其光效应促进唾液分泌和缓解牙体组织脱矿，进而预防RC的发生。放射治疗后咀嚼肌及颞下颌关节区的炎症和纤维化可导致牙关紧闭。
    据估计，常规放射治疗后牙关紧闭的发生率为25%，IMRT后为5%，放射和化学治疗后为31%。这类患者张口度小于35 mm，由于无法进行口腔卫生的维护，增加了感染的风险，同时进食、吞咽受阻，极端情况下需要胃肠外营养，患者往往表现出更高的抑郁症的倾向。
    PBM具有抑制纤维化的能力，已在多项临床研究中显示出了其防治牙关紧闭的潜在的应用价值。在一项纳入100名受试者的研究中，研究者将氦氖激光预防性用于鼻咽癌患者口内照射，在放射治疗结束后及1年的随访中发现观察组中出现张口困难的例数明显少于对照组，且差异具有统计学意义。
    另一项对比低强度超声（low intensity ultrasound， LIUS）、PBM和传统运动疗法（traditional exercise therapy，TET） 对HNC患者放射治疗后牙关紧闭影响的研究中，使用游标卡尺测量上下中切牙间的垂直距离以作为评估指标，治疗结束后3组的牙关紧闭都得到了改善，其中LIUS和PBM组的改善程度明显高于TET组。放射治疗期间辐射对味蕾细胞和嗅觉受体细胞的破坏常常会导致味觉改变，影响患者的生活质量。
    多数患者在放射治疗结束后6个月内可以恢复，但部分人可持续数年甚至终身。有学者将PBM应用于味觉改变的治疗，在一项病例报告中指出：1名放射治疗后味觉障碍的患者在接受5次光生物调节后，味觉评分由原来的0转变为5（满分为5分）。另一项报告也显示：光生物调节仅在3个疗程内即可有效且安全地降低味觉障碍的严重程度。但目前尚无更具代表性的临床研究来支持这一观点，因此，PBM在治疗HNC患者的味觉障碍方面是否有效仍有待探索。
    3.小结
    PBM具有消炎、镇痛、促进组织愈合、抑制纤维化等生物学效应。与药物等传统治疗方式相比，PBM具有低成本、非侵入性、无全身不良反应的特点；同时，其效果显著且相对快速，提高了癌症患者的生活质量，在放射治疗相关口腔疾病防治中具有良好的应用前景。目前，已有Ⅰ级证据证实了PBM在RTOM预防中的作用，但PBM在RTOM治疗中的作用仍需要设计良好的随机对照临床试验进行研究。PBM治疗放射治疗后口干症时结果不尽相同，可能与腺体损伤的程度有关。
    据研究报道：只有在腺体存在残余功能时，PBM才可能显示出治疗唾液分泌不足的功效。此外，目前关于PBM防治口干症的研究多为短期研究，治疗后唾液分泌功能的改善是否可以长期保持仍不得而知，还需要更多设计良好的队列研究、病例-对照研究和随机对照临床试验对PBM的长期效果进行研究。针对放射性颌骨坏死，目前的临床研究多采用的是PBM与aPDT 联合应用的治疗方式，虽然都表现出了积极的结果，但无法说明PBM单独作用于ORNJ的治疗机制及效果，且样本量小，证据等级低。吞咽困难具有复杂的发病机制，现有证据尚不足以支持PBM治疗吞咽困难的有效性。
    激光在一般龋的预防和治疗中虽已表现出积极的作用，但目前尚无学者将PBM用于放射治疗后RC的相关研究中。激光治疗RC和一般龋时是否能取得相似的结果或遵循相同的机制，还需要相关临床研究来证实。针对PBM的安全性，虽无文献报道其不良作用及对肿瘤患者长期生存率的不利影响，但鉴于没有大量的临床和实验室研究支持其安全性，因此，研究者在应用时需保持谨慎、小心，避开肿瘤原发位置。
    此外，PBM疗法中的剂量学因素非常复杂，安全且有效的PBM剂量学因素需要考虑多种治疗参数，包括波长、辐射度（常称为功率密度或亮度）、脉冲结构和照射时间等。对不同类型、不同程度疾病的治疗参数的选择也需要大量研究证据的支持。